挠性转子动平衡测试系统研究

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在旋转机械故障中,转子的不平衡故障是最常见的,不平衡的转子在运行时会产生振动和噪声,噪声会破坏工业环境,而振动会加速轴承等机械构件的磨损,严重时则会引发工业事故,造成人员伤亡。早期的动平衡主要集中于低速运行的刚性转子,而随着工业技术的进步,旋转机械工作转速的不断提高,挠性转子的应用越来越广泛,刚性转子动平衡测试理论与系统已经不再满足需求,因此对挠性转子动平衡理论进行研究和开发出挠性转子动平衡测试系统具有重要的理论意义和工程价值。本文首先对挠性转子动平衡理论进行了介绍,在转子动平衡中,振动信号的降噪处理是关键的步骤。针对转子振动信号的去噪,提出了将偏微分方程(PDE)用于振动信号的去噪,对已有的一维PDE去噪算法进行了改进,提出了偏微分方程去噪的快速算法,缩短了算法的计算时间。同时实现了高阶PDE去噪的算法,归纳总结出了一维PDE去噪的统一模型,探讨了偏微分方程去噪的特点和优势,PDE去噪在振动信号去噪中能够取得很好的效果;针对动平衡过程中基频信号幅值和相位的准确获取问题,介绍了基于FFT和互相关函数法的基频幅值和相位的获取,提出了将3σ准则用于互相关函数法提取基频振幅和相位过程中的误差处理,基于3σ准则的互相关函数基频提取方法,从复杂的振动信号中准确地提取出了基频的振幅和相位。对转子系统进行建模分析,求取转子系统的临界转速和模态振型,是转子模态平衡法必要的步骤;同时,了解转子的动力特性对于采用影响系数法进行动平衡也具有指导意义。本文分别采用传递矩阵法和有限元法对转子进行了建模、临界转速和模态振型的分析,同时实现了ANSYS对转子动力学的分析,解决了对于复杂结构转子自己编写程序建模困难的问题。以LabVIEW为软件平台,同时结合NI公司的数据采集卡硬件平台,开发了转子动平衡测试系统,该系统能够对转子进行振动测试分析,识别出转子的不平衡故障,能采用影响系数法、模态平衡法等多种平衡方法对挠性转子进行动平衡。同时,以实验室的转子试验台为对象,进行了转子的振动测试分析,采用不同的动平衡方法对挠性转子进行了平衡,取得了满意的效果。
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